Kajak-Paddel mit integriertem Analyse- und Monitoringsystem

Profi- und Freizeitsportler werden schon bald von den neuesten Forschungsergebnissen des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt profitieren.

Die Ingenieure haben ein CFK-Paddel mit Monitoring-System zur Erfassung der Betriebslasten versehen. Damit können die Hersteller der Sportgeräte realitätsnahe Beanspruchungen ihrer Paddel am Prüfstand nachstellen und die Produkte weiter verbessern. Zu sehen ist das innovative Paddel auf der Hannover Messe 2012 am Stand der Fraunhofer-Allianz Adaptronik FAA (D21/Halle 2).

Das Interesse der Fraunhofer-Forscher gilt der Sicherstellung der Systemzuverlässigkeit mechanischer Systeme, gerade mit Blick auf die zunehmende Forderung nach Leichtbau. Analyse- und Monitoring-Systeme müssen kompakt, unauffällig und leicht integriert werden können. Zudem werden hohe Ansprüche an die Robustheit gegenüber Umgebungseinflüssen gestellt.

Gleichzeitig sind möglichst kostengünstige Lösungen gefordert. Mittels Sensoren erfassen solche Systeme Kenngrößen, die Rückschlüsse auf den Zustand des Systems zulassen. Für die Abschätzung der Restlebensdauer eines Systems, die im Wesentlichen durch die Materialermüdung der verwendeten, dynamisch beanspruchten Materialien bestimmt wird, sind beispielsweise Lastanalysen während des Betriebes erforderlich.

Smartphone als User-Frontend

Dass diese umfangreichen Forderungen alle gleichzeitig erfüllt werden können, zeigen die Ingenieure des Fraunhofer LBF exemplarisch an einem Kajak-Paddel. Das System besteht aus piezoelektrischen Flächenwandlern, einer zentralen Elektronik zur Erfassung der Betriebslasten und einem Smartphone als User-Frontend. Das Messkonzept ist für Langzeitmessung und Online-Klassifizierung nach Intensität und Häufigkeit der Belastungsarten geeignet. Es kann sowohl autark, also ohne User-Frontend betrieben werden und kommt in diesem Fall auf ein Gesamtgewicht von lediglich 180 Gramm. Optional kann es mit User-Frontend zur Online-Darstellung der Zeitdaten und Signal-Klassierung betrieben werden. In diesem Fall erhöht sich das Gewicht um 118 Gramm.

Die Klassierung der Beanspruchung erfolgt in Echtzeit und kann auf Benutzer-Anfrage auf dem Smartphone dargestellt werden. Mithilfe der Messdaten aus dem Feldversuch lassen sich anschließend Prüfungen im Labor durchführen, die diese Beanspruchung im Dauerversuch nachstellen. Somit lässt sich die Beanspruchbarkeit ermitteln und die Struktur gezielt. Zudem kann mit Hilfe der gewonnen Informationen zur Beanspruchbarkeit, das Monitoring-System zur Schadensdetektion (Health-Monitoring) eingesetzt werden.

Optimaler Paddelschlag dank moderner Technik

Mit dem Monitoring-System lassen sich reale Beanspruchungen am Kajak-Paddel im Feldversuch kostengünstig und ohne Einschränkungen dem Benutzer gegenüber aufzeichnen. Mit den berechneten Beanspruchungskollektiven können die Hersteller der Paddel realitätsnahe Beanspruchungen am Prüfstand nachstellen und somit Rückschlüsse auf die Beanspruchbarkeit schließen. Das entwickelte System bietet zudem alle Voraussetzungen, um gleichzeitig als Trainingshilfe eingesetzt zu werden, um einen optimalen Paddelschlag zu erreichen.

Über das Fraunhofer LBF

Mit ganzheitlicher Kompetenz in Betriebsfestigkeit, Adaptronik und Systemzuverlässigkeit entwickelt, bewertet und realisiert das Fraunhofer LBF unter Leitung von Professor Holger Hanselka gemeinsam mit dem assoziierten Fachgebiet Systemzuverlässigkeit und Maschinenakustik SzM an der TU Darmstadt im Team von rund 350 Mitarbeitern maßgeschneiderte Lösungen für alle Sicherheitsbauteile – vom Werkstoff bis zum System, von der Idee bis zum Produkt. Automobil- und Nutzfahrzeugbau, Schienenverkehrstechnik, Schiffbau, Maschinen- und Anlagenbau, Luftfahrt, Energietechnik und andere Branchen nutzen die ausgewiesene Expertise und modernste Technologie auf mehr als 17 000 Quadratmeter Labor- und Versuchsfläche.

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